什么是airgel - 定义

气凝胶具有0.013W / m的热导电率非常低。其密度也非常低,约150 kg / m3。这些是显着的热绝缘性能。优德app热工程学

气刨

气凝胶 - 隔热材料
一朵花是在一块气凝枪上,悬挂在Bunsen燃烧器的火焰上。气凝胶具有出色的绝缘性能,而且花卉受到火焰的保护。资料来源:wikipedia.org许可证:公共领域

气刨是衍生自凝胶的合成多孔超级固体材料,其中凝胶的液体组分已被气体(在超临界干燥过程中)替换。气凝胶可以由各种化学化合物制成,但气凝胶的基材通常是硅。气凝胶具有非常低的导热系数0.013 w /m¼k。它的密度也很低,约150千克/米3.。这些是显着的热绝缘性能。必须注意,气凝胶可能具有比气体(空气具有约0.025W / m = K)的导热性较低的导热率。这是由此引起的Knudsen效果,当包围气体的腔的尺寸变得与之相当时,气体中的导热率降低卑鄙的自由行道

绝缘材料的分类
对于保温材料,可以定义三种一般类别。这些类别基于所产生绝缘材料的基材的化学成分。

绝缘材料 - 类型

在进一步阅读中,有关于这些类型的绝缘材料的简要描述。

无机绝缘材料

从图中可以看出,无机材料可以相应地进行分类:

  • 纤维材料
    • 玻璃羊毛
    • 摇滚羊毛
  • 细胞材料
    • 硅酸钙
    • 细胞玻璃

有机绝缘材料

本节处理的有机绝缘材料均来自石化或可再生原料(生物基)。几乎所有石化绝缘材料都是聚合物的形式。从图中可以看出,所有石化绝缘材料都是蜂窝织的。当材料的结构由孔或细胞组成时,材料是蜂窝状的。另一方面,许多植物含有强度的纤维,因此几乎所有的生物基绝缘材料都是纤维状的(除了蜂窝状的膨胀软木除外)。

有机绝缘材料可以相应地进行分类:

  • 石油化学材料(石油/煤衍生)
    • 扩增的聚苯乙烯(EPS)
    • 挤出聚苯乙烯(XPS)
    • 聚氨酯(PUR)
    • 酚醛泡沫
    • 多异氰尿酸泡沫(PIR)
  • 可再生材料(植物/动物衍生)
    • 纤维素
    • 软木
    • 伍德菲尔
    • 大麻纤维
    • 亚麻羊毛
    • 羊毛
    • 棉质保温

其他绝缘材料

  • 细胞玻璃
  • 气刨
  • 真空面板

气凝胶的导热系数

热绝缘子 - 参数导热系数被定义为金额(在瓦特)由于差异而通过给定厚度(以米为单位)的平方区域转移温度。材料的导热系数越低,材料抵抗热传递的能力越大,因此绝缘的有效性越大。w88优德备用网址 微博典型的导热率值对于Aerogels.周围0.013w / m k k

一般来说,保温主要基于很低气体导电性。与液体和固体相比,气体具有差的热传导性能,因此如果可以捕获良好的绝缘材料(例如,在泡沫状结构中)。空气和其他气体通常是绝缘体。但主要福利在没有对流的情况下。因此,许多绝缘材料(例如Airgel)功能只是通过具有大量的煤气口袋哪一个防止大规模对流

气体口袋和固体材料的交替导致热量必须通过许多界面转移,导致传热系数的快速降低。w88优德备用网址 微博

示例 - Airgel.

墙壁热损失 - 示例 - 计算一个主要来源热损失来自房子是通过墙壁。计算热通量通过墙壁3 m x 10 m在区域(a = 30米2)。墙壁厚15厘米(L1)它是用砖块制成的导热系数K.1= 1.0 W / M.K(绝缘体不佳)。假设,室内和室外温度是22°C和-8°C,和对流传热系数w88优德备用网址 微博在内侧和外侧是h1= 10 w / m2K和H.2= 30 w / m2k分别。注意,这些对流系数强烈依赖于环境和内部条件(风,湿度等)。

  1. 计算热通量(热损失)通过这种非绝缘墙。
  2. 现在假设保温在这个墙的外侧。用气凝胶绝缘子10厘米厚(L2)具有k的导热率2= 0.03 w / m.k并计算热通量(热损失)通过这种复合墙。

解决方案:

正如所写的那样,许多传热过程涉及复合系统,甚至涉及两者的w88优德备用网址 微博组合传导对流。通过这些复合系统,它通常很方便使用总传热系数w88优德备用网址 微博被称为A.U形因子。U形因子由类似于的表达式定义牛顿的冷却定律

U形因子 - 总传热系数w88优德备用网址 微博

总传热系数w88优德备用网址 微博与之相关总热阻并取决于问题的几何形状。

  1. 裸墙

假设通过平面墙壁的一维传热,无视辐射,w88优德备用网址 微博总传热系数w88优德备用网址 微博可以计算为:

总传热系数 - w88优德备用网址 微博热损失计算

总传热系数w88优德备用网址 微博那么:

U = 1 /(1/10 + 0.15 / 1 + 1/30)= 3.53 w / m2K.

然后可以简单地计算热通量:

q = 3.53 [w / m2K] x 30 [k] = 105.9 w / m2

通过此墙的总热量损失将是:

问:失利= q。a = 105.9 [w / m2] x 30 [m2] = 3177W

  1. 复合墙与保温

假设通过平面复合壁的一维传热,无热接触电阻和忽略辐w88优德备用网址 微博射,总传热系数w88优德备用网址 微博可以计算为:

总传热系数 - w88优德备用网址 微博隔热计算

气凝胶绝缘子总传热系数w88优德备用网址 微博那么:

U = 1 /(1/10 + 0.15 / 1 + 0.1 / 0.013 + 1/30)= 0.125 w / m2K.

然后可以简单地计算热通量:

q = 0.125 [w / m2k] x 30 [k] = 3.76 w / m2

通过此墙的总热量损失将是:

问:失利= q。a = 3.76 [w / m2] x 30 [m2] = 113 w

可以看出,添加热绝缘体会导致热损失的显着降低。必须添加它,添加下一层热绝缘体不会导致如此高的节省。从热阻方法可以更好地看出,可用于计算热传递w88优德备用网址 微博复合墙壁。两个表面之间的稳定热传递速率等于划分总w88优德备用网址 微博量的温差热阻在那两个表面之间。

热阻 - 方程

参考:
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也可以看看:

绝缘材料

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